该功能不局限于二聚体。实DA际上N(N>2)体形成彼此间相互作用,计算、分析过程是一样的。本文以平面结构的碱基对为例:
两个分子形成了两个氢键,那么两个氢键,哪个氢键的轨道作用强呢?各自多大呢?可以通过ETS-NOCV得到定量的数值。
总的来说,对待片段,实际上也就是对片段进行的一个单点计算,因此电荷、自旋极化、收敛情况,都是同样需要注意的。
将两个分子分为两个Region(如何分区,参考费米维基:如何创建分区):
并设置参数:
其中NOCV的设置,选择Close-shell,因为这里两个分子都是闭壳层,alpha电子和beta电子的行为是一样的。如果其中有一个片段是开壳层,就一定要选择open-shell了,将分别分析α电子、β电子的轨道相互作用:
File > Save as保存任务,保存的时候,会生成三个任务,其中两个是单独计算两个片段孤立存在于真空的情况,第三个是计算两个片段放置在一起的情况。保存任务的时候,软件会提示将对称性设置成为了Nosymm,点确定即可。
因为NOCV的计算,对称性被系统自动设置为NoSymm,分区的计算参数,保存任务时,会自动沿用主任务的参数。但实际上分区如果有对称性,最好是单独将各个分区的任务,对称性设置修改为Auto,这样生成的分区轨道也是按不可约表示来排列,经常会更方便我们的分析。
在Out窗口,Properties > Bonding Energy Decomposition,可以看到:
Total Bonding Energy: -0.032081195090827 -0.8730 -20.13 -84.23
也就是两个氢键总的键能为:
-0.032081195090827 Hatree = -0.8730 eV = -20.13 kcal/mol = -84.23 kJ/mol
也可以看到里面列出了其中轨道相互作用能:
Total Orbital Interactions: -0.035169972961341 -0.9570 -22.07 -92.34
泡利排斥能:
Total Pauli Repulsion: 0.059549792252633 1.6204 37.37 156.35
静电作用能:
Electrostatic Interaction: -0.051204609712812 -1.3933 -32.13 -134.44
那么两个氢键,每一组的轨道相互作用能分别是多少呢?轨道相互作用分别是谁贡献出来的呢?
我们看ETS-NOCV的结果。在Out窗口 > Properties > ETS-NOCV可以看到:
3. Orbital Interaction Energy Contributions from each NOCV pair (in kcal/mol) 1 -12.54553 2 -5.28927 3 -0.76546 4 -0.60827 5 -0.74938 Total sum: -22.0624598644894 (kcal/mol)
轨道相互作用贡献(Orbital Interaction Energy Contributions)列表里面,贡献最大的两组轨道相互作用,一个是-12.54553 kcal/mol,另一个是-5.28927 kcal/mol。
这两组轨道相互作用,NOCV orbital的本征值分别为±0.27627、±0.16837:
1. Eigenvalue pairs from diagonalization of DeltaP expressed in Lowdin: 1 -0.27627 577 0.27627 2 -0.16837 576 0.16837 3 -0.09017 575 0.09017 4 -0.08319 574 0.08319 5 -0.05765 573 0.05765
每组轨道作用,其电子转移情况。例如第一组:
SFO decomposition of Delta rho k (major contributions): Threshold for a NOCVs energy (in kcal/mol) is 2.00000000000000 Threshold for an individual SFO contribution is 1.000000000000000E-002 1 NOCV eigenvalues: -0.27627 0.27627, sum from all SFOs: -0.15579E-04 Corresponding Delta E k: -12.54553 (kcal/mol) 19 SFO contribution: -0.05254 315 SFO contribution: 0.03645 18 SFO contribution: -0.03552 319 SFO contribution: 0.01359 316 SFO contribution: 0.01103
表示形成该(本征值为±0.2641的)NOCV,电子在片段轨道之间,是如何转移的:
SFO (index Fragment Generating Expansion in Fragment Orbitals indx incl.CFs) Occup Orb.Energy FragmentType Coeff. Orbital on Fragment -------------------------------------------------------------------------------------- 1 20 2.000 -0.959 au A 1.00 1 AA 1 ( -26.083 eV) 2 21 2.000 -0.901 au A 1.00 2 AA 1 ( -24.505 eV) 3 22 2.000 -0.864 au A 1.00 3 AA 1 ( -23.514 eV) 4 23 2.000 -0.819 au A 1.00 4 AA 1 ( -22.276 eV) 5 24 2.000 -0.785 au A 1.00 5 AA 1 ( -21.357 eV) 6 25 2.000 -0.701 au A 1.00 6 AA 1 ( -19.073 eV) 7 26 2.000 -0.612 au A 1.00 7 AA 1 ( -16.654 eV) 8 27 2.000 -0.595 au A 1.00 8 AA 1 ( -16.194 eV) 9 28 2.000 -0.577 au A 1.00 9 AA 1 ( -15.713 eV) 10 29 2.000 -0.535 au A 1.00 10 AA 1 ( -14.551 eV) 11 30 2.000 -0.508 au A 1.00 11 AA 1 ( -13.823 eV) 12 31 2.000 -0.470 au A 1.00 12 AA 1 ( -12.798 eV) 13 32 2.000 -0.457 au A 1.00 13 AA 1 ( -12.423 eV) 14 33 2.000 -0.419 au A 1.00 14 AA 1 ( -11.390 eV) 15 34 2.000 -0.400 au A 1.00 15 AA 1 ( -10.889 eV) 16 35 2.000 -0.378 au A 1.00 16 AA 1 ( -10.279 eV) 17 36 2.000 -0.279 au A 1.00 17 AA 1 ( -7.592 eV) 18 37 2.000 -0.246 au A 1.00 18 AA 1 ( -6.702 eV) 19 38 2.000 -0.214 au A 1.00 19 AA 1 ( -5.837 eV) 20 39 -- -0.016 au A 1.00 20 AA 1
例如19号SFO就是来自分区A,在A分区的能级排序中,能级编号为19 AA,能量为-0.214 au = -5.837 eV。
我们可以在View里面去查看。SCM > View > Add > Isosurface: With Phase在窗口下方点击Select Field > NOCV def Density,并选择本征值为-0.2763这个,即显示第一组轨道相互作用,导致的电子转移:
其中红色的区域,表示失去了电子,蓝色区域表示得到了电子,因为电子得失非常微弱,所以等值面的值需要改小才能看得见,这里改成了0.003。这个图,是文献中使用最多的图。N与N-H之间,出现了电子的富集,N-H上的N也得到了电子,而另一方的N原子失去了电子,这些都是典型的氢键特征。
类似可以看到第二组轨道作用,是主要集中在第二个氢键上。
从上面可以看到:
出现“Not all NOCV orbitals pair! The results might be useless”这样的提示,或者NOCV轨道正负本征值没有配对,则表示NOCV方法对这个体系分析失败了,结果无效。